Das Prinzip und die Funktion der Koagulation in der Wasseraufbereitung

Das Koagulationsprinzip des Wasseraufbereitungsprozesses in Wasserwerken umfasst hauptsächlich den Aggregationsprozess von Kolloiden und winzigen Schwebstoffen im Wasser. Durch die Zugabe von Wirkstoffen zum Wasser werden die im Wasser schwer auszufällenden kolloidalen Partikel destabilisiert und zu größeren Flocken aggregiert, die schließlich durch Fällung oder Klärung vom Wasser abgetrennt werden. Im Folgenden werde ich das Prinzip und die Funktion der Gerinnung analysieren.

1. Die Doppelschichttheorie kolloidaler Partikel ist am Koagulationsprozess beteiligt. Der Kern des Kolloids ist ein Teilchen, das aus mehreren Atomen oder Molekülen besteht und als Kolloidkern bezeichnet wird. Die Oberfläche des Kolloidkerns trägt eine Schicht aus Ionen, die heterotypische Ionen um die Partikel herum anziehen und so gebundene Gegenionen und freie Gegenionen bilden. Da an der Oberfläche des Kolloidkerns mehr Ionen adsorbiert werden als die Gegenionen in der Adsorptionsschicht, sind die Kolloidpartikel negativ geladen, während die Flocken elektrisch neutral sind. Es gibt elektrostatische Abstoßung und Van-der-Waals-Anziehung zwischen Kolloidpartikeln. Wenn der Abstand zwischen den Kolloidpartikeln einen bestimmten Abstand hat, führen diese beiden Kräfte dazu, dass sich die Kolloidpartikel einander annähern, was schließlich zur Aggregation führt.

2. Die Stabilität von Kolloiden bei der Wasseraufbereitung beruht hauptsächlich auf den Eigenschaften kolloidaler Partikel, die über einen langen Zeitraum einen dispergierten Suspensionszustand im Wasser aufrechterhalten, und auf der Aggregationsstabilität, die durch die Eliminierung elektrostatischer Abstoßung entsteht. Die stabile Existenz kolloidaler Partikel hängt eng mit ihrer Doppelschichtstruktur zusammen. Auf der Oberfläche des Kolloidkerns wird eine Schicht aus Ionen gleicher Ladung adsorbiert, die als potentielle Ionenschicht bezeichnet wird. Diese potentiellen Ionenschichten ziehen eine Schicht aus Ionen mit entgegengesetztem Vorzeichen an und bilden die sogenannte „Diffusionsschicht“. Die Stabilität zwischen kolloidalen Partikeln wird hauptsächlich durch die Struktur dieser beiden Schichten aufrechterhalten. Die spezifische Analyse lautet wie folgt:

1. Doppelschichtstruktur: Die Stabilität kolloidaler Partikel beruht auf ihrer Doppelschichtstruktur, die aus einem negativ geladenen Kolloidkern und umgebenden positiv geladenen Gegenionen besteht. Diese Struktur erzeugt eine elektrostatische Abstoßung zwischen kolloidalen Partikeln und sorgt so für einen stabilen Suspensionszustand.

2. Potenzial: Das Zetapotenzial in der Doppelschichtstruktur ist ein Schlüsselparameter für die kolloidale Stabilität. Ein hohes Zetapotential bedeutet, dass die Abstoßung zwischen kolloidalen Partikeln stark und das Kolloid stabiler ist; umgekehrt begünstigt ein niedriges Zetapotential die Koagulation von Kolloiden.

1. Brownsche Bewegung: Kolloidale Partikel werden aufgrund ihrer geringen Größe von der Brownschen Bewegung beeinflusst, wodurch sie sich im Wasser unregelmäßig mit hoher Geschwindigkeit bewegen und sich aufgrund der Schwerkraft nur schwer absetzen können.

2. Partikelgrößeneffekt: Kleinere kolloidale Partikel werden pro Zeiteinheit seltener getroffen und die erzeugten Kräfte können sich nicht gegenseitig aufheben, sodass sie scheinbar in einem kontinuierlichen Schwebezustand im Wasser sind.

1. Van-der-Waals-Anziehung: Zwischen kolloidalen Partikeln besteht immer Van-der-Waals-Anziehung, die umgekehrt proportional zum Abstand zwischen Partikeln ist. Je geringer die Entfernung, desto stärker ist die Anziehungskraft.

2. Elektrostatische Abstoßung: Die Doppelschichtstruktur kolloidaler Partikel führt zu einer elektrostatischen Abstoßung zwischen Partikeln, und die Größe dieser Kraft wird durch das Zetapotential und die Ionenstärke in der Lösung beeinflusst.

1. Kompression der Doppelschicht: Durch die Zugabe von Elektrolyten mit hochvalenten Gegenionen wird die Gegenionenstärke im Wasser erhöht, die Dicke der Diffusionsschicht verringert und das Zetapotential verringert, wodurch das Kolloid destabilisiert wird.

2. Elektrische Neutralisation: Fügen Sie Elektrolyte wie Eisensalze und Aluminiumsalze hinzu, um die Ladung der potentiellen Ionen auf der Oberfläche des Kolloids durch die Erzeugung komplexer Ionen zu neutralisieren, das Zetapotential zu reduzieren und eine Koagulation des Kolloids zu erreichen.

1. Adsorptionsüberbrückung: Das Polymerflockungsmittel bildet durch Kettenmoleküle eine Adsorptionsbrücke zwischen mehreren kolloidalen Partikeln und fördert so die Aggregation und Flockung kolloidaler Partikel.

2. Netzband: Fügen Sie hochvalente Metallsalze (z. B. Eisen- und Aluminiumsalze) hinzu, um schnell einen unlöslichen Hydroxidniederschlag zu erzeugen, und entfernen Sie die kolloidalen Partikel oder feinen Schwebstoffe.

1. Koagulationsfällung: Durch die Einstellung des pH-Werts und die Zugabe geeigneter Koagulanzien wird der Misch- und Flockungsprozess optimiert, um sicherzustellen, dass die Stabilität des Kolloids maximal zerstört wird und eine effiziente Fällung erreicht wird.

2. Dynamische Überwachung: Echtzeitüberwachung von Änderungen der Wasserqualität und des Zeta-Potenzials während des Aufbereitungsprozesses sowie Anpassung der Art und Dosierung der Gerinnungsmittel nach Bedarf, um sicherzustellen, dass die endgültige Wasserqualität den Standards entspricht. Brownsche Bewegung und Ladungswirkung bei der Wasseraufbereitung sind wichtige wissenschaftliche Prinzipien im Koagulationsprozess und spielen eine Schlüsselrolle bei der Aggregation und Ausfällung kolloidaler Partikel.

Zusammenfassend lässt sich erkennen, dass die Brownsche Bewegung und die Ladungswirkung eine entscheidende Rolle im Koagulationsprozess der Wasseraufbereitung spielen. Durch das tiefgreifende Verständnis und die Anwendung dieser beiden Grundprinzipien kann der Koagulationsprozess optimiert und die Wirkung der Wasserqualitätsaufbereitung verbessert werden. Dies trägt nicht nur zur Gewährleistung der Sicherheit und Hygiene des Trinkwassers bei, sondern ist auch von großer Bedeutung für den Umweltschutz und die Wiederverwendung von Wasserressourcen. Daher werden eine gründliche Forschung und die Beherrschung dieser Grundprinzipien einen tiefgreifenden Einfluss auf die Verbesserung des Gesamtniveaus der Wasseraufbereitungstechnologie haben. Die Stabilität von Kolloiden bei der Wasseraufbereitung umfasst viele Aspekte, darunter die Struktur der doppelten elektrischen Schicht, kinetische Eigenschaften, Wechselwirkungen im Wasser und Destabilisierungsmechanismen. In tatsächlichen Wasseraufbereitungsprozessen kann die Stabilität von Kolloiden durch eine sinnvolle Auswahl von Koagulanzien, die Kontrolle der Betriebsbedingungen und die Kombination effizienter Flockungs- und Fällungstechnologien effektiv zerstört werden, um die Sicherheit der Wasserversorgung zu gewährleisten. Um den Wasseraufbereitungseffekt weiter zu optimieren, wird empfohlen, die Echtzeitüberwachung der Wasserqualitätsdynamik zu verstärken und die Aufbereitungsstrategie flexibel an Änderungen der Wasserqualität anzupassen.